: Технологические и экономические аспекты производства диметилового эфира терефталевой кислоты

Министерство Общего и профессионального образования Российской федерации
Ярославский Государственный Технический Университет
КАФЕДРА "ХИМИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ"
Реферат
защищена с оценкой
___________________
Руководитель
к.х.н., доцент:
Григоричев А. К.
__________________
Курсовая работа по дисциплине "ХИМИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ".
Технологические и экономические аспекты получения диметилового эфира
терефталевой кислоты.
Работу выполнила
студентка группы ЭХМ-40
Тарасова Ю.В._________
12.01.98.
ЯРОСЛАВЛЬ 1998 г.
Реферат.
27 с., 9 табл., 4 рис., 10 библ.
ДИМЕТИЛОВЫЙ ЭФИР ТЕРЕФТАЛЕВОЙ КИСЛОТЫ, ДИМЕТИЛТЕРЕФТАЛАТ, ТЕРЕФТАЛЕВАЯ
КИСЛОТА, СПОСОБЫ ПРОИЗВОДСТВА, ПАРАКСИЛОЛ, РЕКТИФИКАЦИЯ, ЦЕЛЕВОЙ ПРОДУКТ,
ПОБОЧНЫЕ ПРОДУКТЫ, СЕБЕСТОИМОСТЬ ПРОИЗВОДСТВА, ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА.
В работе производится анализ литературных данных о различных способах
производства диметилового эфира терефталевой кислоты различными способами в
России и зарубежом. Диметилтерефталат используется как мономер для
производства полиэфирных волокон, пленок, формующихся пластмасс и других
полиэфирных материалов. Наиболее часто в промышленности используют различные
методы получения терефталевой кислоты и ее этерификации в диметилтерефталат.
В реферате приводятся технологические схемы производства диметилового эфира
терефталевой кислоты и себестоимость производства одной тонны целевого
продукта различными способами. Перспективы развития промышленного
производства диметилтерефталата приведены в работе также.
Содержание.
Список
сокращений...................................................................
.............................................................................
.................
Ведение......................................................................
.............................................................................
....................................
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТОДАХ ПРОИЗВОДСТВА ДИМЕТИЛОВОГО ЭФИРА ТЕРЕФТАЛЕВОЙ
КИСЛОТЫ.
2. Сравнительные характеристики промышленных методов производства
диметилтерефталата.........................
3. Способы производства
диметалтерефталата...........................................................
....................................................
3.1 СПОСОБ ФИРМЫ лDUNAMIT NOBEL
(Германия)...................................................................
.......................
3.2 СПОСОБ ФИРМЫ лMITSUI PETROCHEMICAL
(ЯПОНИЯ).....................................................................
......
3.3. СПОСОБ ФИРМЫ лEASTMAN KODAK
(США)........................................................................
.......................
3.4. СПОСОБ ФИРМЫ лWITTEN
(Германия)...................................................................
........................................
3.5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА ДИМЕТИЛОВОГО ЭФИРА ТЕРЕФТАЛЕВОЙ
КИСЛОТЫ В РОССИИ ПО СПОСОБУ ФИРМЫ
лWITTEN.....................................................................
................................................................
4. Экономика
производства.................................................................
.............................................................................
...
5. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЗАТРАТ В
ПРОИЗВОДСТВЕ.................................................................
..................
5.1. Анализ промышленных методов производства диметилового эфира терефталевой
кислоты................
6. Методы утилизации побочных
продуктов....................................................................
...............................................
7. Технические требования к готовому
продукту.....................................................................
......................................
8. Области применения
продукта.....................................................................
..................................................................
9. Развитие производства
сырья........................................................................
..................................................................
10. Структура капитальных
вложений.....................................................................
...........................................................
11. Технико-экономические показатели производства диметилтерефталата в
России..........................................
12. Оптовые
цены.........................................................................
.............................................................................
..............
13. Экологическая
перспектива..................................................................
.........................................................................
14. Возможности замены продукта другими
материалами..................................................................
.......................
15. Экспертный
прогноз......................................................................
.............................................................................
.....
Заключение...................................................................
.............................................................................
..............................
Список использованной
литературы...................................................................
..............................................................
Список сокращений.
1.ДМТ - диметиловый эфир терефталевой кислоты.
2. ТФК - терефталевая кислота.
3. ДМИ - диметиловый эфир изофталевой кислоты.
4. п-ТК - паратолуиловая кислота.
Ведение
Название продукта: диметилтерефталат.
Синонимы названия: диметиловый эфир терефталевой кислоты.
Молекулярный вес:194.19 г/моль;
Формула: C₆H₄(COOCH₃)₂

Физико-химические свойства
Внешний вид: бесцветные кристаллы призматической формы
t_пл=140-141⁰С, d(20⁰C)=163, хорошо растворяется
в горячей воде, растворяется в спирте, эфире, бензоле, ацетоне.[1]
Диметиловый эфир терефталевой кислоты является одним из важнейших химических
продуктов, используемых для производства полиэфирных волокон,
полиоксадиазолов, полибензимидазолов, алкидных смол и пластификаторов.
Полиэфирные волокна находят все большее применение в технике и в быту.
Сравнительно высокий модуль наряду с большой прочностью, относительно высокой
термостойкостью, а также высокие диэлектрические характеристики позволяют
применять полиэфирные материалы для производства шинного корда,
транспортерных лент, приводных ремней, парусов, пожарных рукавов,
электроизоляционных и других материалов.
Благодаря высокой устойчивости к сминанию и способности сохранять форму,
хорошему внешнему виду и достаточно низкой стоимости полиэфирные волокна в
чистом виде или в смеси с другими волокнами используют для изготовления
широкого ассортимента товаров народного потребления: платяной и костюмной
тканей, верхнего трикотажа, занавесей, постельного белья, изделий из
искусственной замши и искусственного меха.
Приведенные выше свойства полиэфирных волокон обусловили наиболее
крупнотоннажное производство по сравнению с производством волокон других
видов.
Важнейшими мономерами для производства полиэфирных волокон являются ТФК и
ДМТ. Одновременно они являются конкурентами за право считаться основным
исходным мономером.
До середины восьмидесятых годов производство диметилтерефталата было намного
больше, чем производство терефталевой кислоты. Но в последнее десятилетие
были разработаны способы получения ТФК высокой частоты, поэтому сейчас
производство обоих материалов находится на довольно высоком уровне.
Промышленные методы производства ДМТ, их экономические и технологические
аспекты, их преимущества и недостатки рассматриваются в данной курсовой
работе.
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТОДАХ ПРОИЗВОДСТВА ДИМЕТИЛОВОГО ЭФИРА ТЕРЕФТАЛЕВОЙ
КИСЛОТЫ.
Первые заводы по производству ДМТ появились в 1954 г., и вплоть до 1963 г.
диметилтерефталат являлся практически единственным мономером, используемым
для получения полиэфирных волокон. Это было обусловлено тем, что процессы
производства, разработанные до 1963 г., не позволяли получать ТФК мономерной
степени чистоты. Поэтому из нее вырабатывали ДМТ, который благодаря своей
сравнительно низкой температуре кипения легко подвергается очистке методом
дистилляции и кристаллизации. В дальнейшем ДМТ путем переэтерификации
превращали в полиэтилентерефталат и использовали для получения полиэфирных
материалов.
В настоящее время разработаны процессы, позволяющие получать ТФК высокой
степени чистоты; однако наряду с увеличением производства ТФК возрастает и
производство ДМТ. Тенденция к развитию производства ДМТ наблюдается, несмотря
на то что оно усложнено стадиями этерификации кислот и регенерации метанола,
а также несмотря на то, что на производство 1 т полиэтилентерефталата
требуется 0,87 т ТФК или 1,01 т ДМТ. Это объясняется следующим. Получение ТФК
мономерной степени чистоты осложнено использованием в технологии ее
производства сильноагрессивных веществ - уксусной кислоты и брома, для
которых требуется специальное аппаратурное оформление - применение титана и
специальных сталей, а также необходимостью использования дорогостоящих
методов очистки.
Кроме того, полиэтилентерефталат, полученный на основе ТФК, не всегда может
быть использован для производства высококачественных полиэфирных волокон, а
полученный методом переэтерификации ДМТ легко перерабатывается в волокно,
пленки, формующиеся пластмассы и другие материалы. В то же время для
производства ДМТ не требуются специальные коррозионно-стойкие конструкционные
материалы и сложное аппаратурное оформление. Поэтому многие фирмы
предпочитают получать волокно на основе ДМТ [2, 3].
Существует несколько видов технологических схем получения ДМТ. В основном они
различаются по способам получения ТФК, которые целиком определяются сырьевыми
возможностями той или иной страны. Многие из этих способов используют в
промышленности для получения собственно ТФК и для перевода ее этерификацией в
диметиловый эфир. Качество ТФК как исходного продукта для синтеза ДМТ во
многом определяет и качество сырого диметилтерефталата, наличие в нем
различных примесей и побочных продуктов. Так, ДМТ на основе ТФК, полученной
при окислении п-ксилола или диизопропилбензола азотной кислотой, содержит
значительное количество нитросоединений; ДМТ на основе п-цимола - большое
количество побочных продуктов [3, 4] и т.д.
Существует способ производства ДМТ из п-толуиловой кислоты, которую получают
окислением п-ксилола воздухом [5]. Процесс осуществляют по схеме:
(1)

В связи с развитием нефтехимической промышленности и значительным увеличением
производства п-ксилола в известной степени утратили свое практическое
значение способы получения ДМТ из толуола и п-цимола. Все большее значение
приобретают процессы, позволяющие получать ТФК методом жидкофазного
каталитического окисления п-ксилола с последующей ее этерификацией метанолом
до ДМТ.
В настоящее время довольно много крупных фирм в мире работают над проблемой
получения ДМТ в основном двумя путями: 1) этерификация метанолом лсырой ТФК
(американские фирмы лEastman Kodak, лDu Pont, японские лToray Industries,
лKararay Vuka и др. [6]); 2) окисление п-ксилола до п-ТК, ее этерификация
метанолом, последующее окисление метильной группы до кислотной и превращение
в ДМТ или совместное окисление п-ксилола, метилового эфира п-ТК и
монометилового эфира ТФК и последующая их этерификация.
Процесс получения ДМТ постоянно развивается, усовершенствуется,
модернизируется [6]. Ниже приводятся некоторые способы получения ДМТ.
1) Каталитическое окисление п-ксилола до образования п-толуиловой кислоты и
монометилтерефталата с последующей этерификацией образовавшихся продуктов
метанолом происходит по схеме:
2С6H4(CH3)2 +О2-----> C6H4(CH3)COOH-1,4 + C6H4(COOH)COOCH3-1,4
(2)
п-ксилол кат n-толуиловая кислота монометилтерефталат
CH3OH
C6H4(CH3)COOH + C6H4(COOH)COOCH3-1,4 ------> C6H4(COOCH3)2-1,4
n-толуиловая монометалтерефталат диметилтерефталат
кислота
2) Каталитическое окисление п-ксилола до образования терефталевой кислоты с
последующей этерификацией метанолом происходит по схеме:
+О2,кат
С6H4(CH3)2 --------> C6H4(COOH)2-1,4
n-ксилол терефталевая
(3)
кислота
t,Р
C6H4(COOH)2-1,4 + 2CH3OH -----> C6H4(COOCH3)2-1,4 + 2H2O
терефталевая диметилтерефталат
кислота
2. Сравнительные характеристики промышленных методов производства
диметилтерефталата.
Сырьем для получения ДМТ служит п-ксилол. В основе всех процессов, используемых
для синтеза ДМТ, лежит метод Виттен, предложенный в первоначальном варианте
фирмой Chemische Werke Witlen GmbH (Германия). В дальнейшем процесс был
модифицирован различными фирмами с целью улучшения его экономических
показателей. Самый распространенный процесс разработан фирмой Dynamit Nobel AG
(Германия). Применение данной фирмой нового катализатора (кобальто-марганцевый)
окисления п-ксилола позволило проводить реакции окисления и этерификации без
растворителей. При этом удалось снизить издержки производства и получить более
высокий выход продукта. Согласно процессу фирмы Dynamit Nobel смесь п-ксилола и
возвратного п-метилтолуилата окисляют воздухом при температуре 140-170⁰
С и давлении 0.4-0.8 МПа в присутствии катализатора на основе тяжелого металла с
образованием п-толуиловой кислоты и монометилтерефталата. Продукты окисления
подвергают этерификации метанолом при температуре 250-280⁰С и
давлении 2.0-2.5 МПа. Сырой ДМТ, отбираемый снизу ректификационной колонны
очищают перекристаллизацией из метанола, центрифугируют и перегоняют с
получением ДМТ сорта "для волокна" .Представляет интерес технология,
разработанная японской фирмой "Мицуи сэкию кагаку", по которой получают ДМТ
через промежуточную стадию синтеза ТФК. Реакцию этерификации терефталевой
кислоты в ДМТ проводят в три стадии. Hа первой - реакция протекает при высоких
температурах и давлении. При этерификации в одну стадию для достижения высокой
степени конверсии необходимо использовать большой избыток метанола, что
экономически нецелесообразно. В процессе "Мицуи" на первой стадии этерификации
степень конверсии поддерживается низкой при минимальном избытке метанола. Hа
второй и третьей стадии достигают высоких степеней конверсии за счет удаления
из реакционной системы ДМТ и образующейся в ходе реакции воды. Значительным
усовершенствованием процесса "Мицуи" является применение новой технологии
очистки сырого ДМТ, включающей реакцию окисления и фракционирования, вместо
кристаллизации, что позволяет значительно увеличить выход продукта и сократить
примеси[6,7].
Таблица 1
.Расход основного сырья производства 1 т диметилтерефталата.
______________________________________________________________________
Процесс Процесс
Ф.Dynamit Ф."Мицуи сэкию
Nobel кагаку"
______________________________________________________________________
Сырье и материалы
п-ксилол,т 0.61 0.566
метанол,т 0.05 0.360
уксусная кислота,т - 0.04
Энергозатраты
электроэнергия,кВт.ч 500 380
топливо,ГДж 420 490
______________________________________________________________________
3. Способы производства диметалтерефталата.
3.1 СПОСОБ ФИРМЫ
лDUNAMIT NOBEL (Германия)
Фирма лDunamit Nobel получает ДМТ, пригодный для производства синтетических
полиэфирных волокон, из п-ксилола и метанола по схеме, изображенной на рис.1.

Рис.1. Технологическая схема процесса синтеза ДМТ из п-ксилола и метанола:
1 Ч реактор окисления; 2 Ч отстойник; 3 Ч реактор этерификации: 4, 5,6Ч
колонны ректификации; 7Чаппарат для растворения; 8Ч кристаллизатор;
9Чцентрифуга; 10, 11Чколонны; 12.Ч плавильник ДМТ; 1ЗЧемкость. IЧкатализатор;
IIЧп-ксилол; IIIЧвоздух; IVЧ метанол; VЧп-метилтолуилат; VI-стоки; VIIЧчистый
ДМТ;
VIIIЧ кубовый остаток.
В реактор окисления 1 подают п-ксилол, п-метилтолуилат, катализатор. Туда же
подводят воздух. Окисление проводят без добавления растворителя при 140Ч170

Blog

: Технологические и экономические аспекты производства диметилового эфира терефталевой кислоты

Список сокращений.

Ведение

3. Способы производства диметалтерефталата.

3.1 СПОСОБ ФИРМЫ лDUNAMIT NOBEL (Германия)